Оставалось только определить структуру этой молекулы. С этой задачей справились Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик. Молекулы ДНК оказались длинными нитевидными цепочками, составленными из азотсодержащих химических соединений четырех видов – так называемых оснований (аденина, тимина, цитозина и гуанина – A, T, C и G). Открытие Уотсона и Крика привело их к выводу, что последовательность оснований в молекуле ДНК определяет последовательность аминокислот в остове молекулы белка. Длинная цепочка ДНК может быть разбита на отдельные гены – участки, служащие шаблоном для синтеза конкретных белков. Код воспроизводства белковых механизмов клетки был найден!
Уотсон и Крик объяснили также, почему ДНК – это идеальная молекула для передачи наследственности. В обычном состоянии каждая нить ДНК переплетается с еще одной нитью, образуя свободно свернутую конфигурацию, известную под названием «двойной спирали». Гениальность такой системы в том, что последовательности оснований в обеих нитях ДНК являются зеркальными отражениями друг друга. Когда нити ДНК расплетаются, каждая из них содержит информацию, необходимую для воспроизводства точной, комплементарной копии самой себя. Таким образом, путем разъединения нитей двойной спирали, молекулы ДНК становятся самокопирующимися. Это наблюдение и привело к выводу, что ДНК сама управляет своим воспроизводством, – что она сама себе «хозяйка».
Предположение о том, что ДНК управляет собственным воспроизводством, а также несет в себе программу выработки белков того или иного организма, привело Френсиса Крика к формулированию Центральной Догмы биологии – догмы о главенствующей роли ДНК. Эта догма настолько фундаментальна для современной биологии, что едва ли не высечена на скрижалях, подобно Десяти заповедям. Положение о «Первенстве ДНК» красной нитью проходит сквозь все научные тексты.
В картине развертывания жизни, согласно этой Догме, ступенькой ниже величественно восседающей на вершине ДНК, располагается РНК – короткоживущая «ксерокопия» ДНК. Именно она служит физическим шаблоном для кодирования аминокислотной последовательности в остове белковой молекулы. Схема, в которой ДНК отводится ведущее место, определяет логику века генетического детерминизма. Коль скоро облик живого организма определяется характером его белков, а его белки кодируются ДНК, именно последняя должна считаться «первопричиной» тех или иных черт организма.
Предположение Центральной Догмы об одностороннем потоке информации от ДНК к РНК и к белку имеет огромное значение. Поскольку белки представляют собой физические тела, Догма подразумевает, что ваше тело и ваш жизненный опыт не могут отправить информацию назад и изменить ДНК. Согласно Догме, она контролирует вашу жизнь, и вы не можете влиять на свою ДНК!
Проект «Геном человека»
После того как ДНК получила свой статус Суперзвезды, ученым осталось только составить каталог всех генетических звезд человеческого небосклона. Именно это составляло задачу проекта «Геном человека» – начатого в 1980-х гг. глобального научного предприятия по созданию перечня всех человеческих генов.
С самых первых дней проект «Геном человека» отличался чрезвычайной амбициозностью. Было принято считать, что организму необходимо по одному гену для программирования синтеза каждого из более чем 100 тысяч составляющих его белков. Добавьте сюда по меньшей мере 20 тысяч регуляторных генов, необходимых для согласования деятельности кодирующих генов. Поэтому ученые пришли к выводу, что человеческий геном должен содержать как минимум 120 тысяч генов, заключенных в 23 парах человеческих хромосом.
Но это только присказка. Сказка в том, что природа приготовилась сыграть шутку космического масштаба – одну из тех, которые она так любит делать с учеными, решившими проникнуть в тайны Вселенной. Вспомните, какое воздействие на умы оказало опубликованное в 1543 г. открытие Николая Коперника, что Земля, вопреки представлениям тогдашних полуученых-полубогословов, отнюдь не центр мира. То, что Земля обращается вокруг Солнца, которое также не является центром Вселенной, подорвало основы христианского учения. Заставив людей усомниться в непогрешимости Церкви, революционное открытие Коперника фактически ознаменовало собой начало современной науки, которая в итоге положила конец роли Церкви как единственного для западной цивилизации источника познания тайн мира.
Генетики испытали сравнимый по силе шок, когда обнаружили, что человеческий геном состоит не из 120, а только из примерно 25 тысяч генов. Более 80 % предполагавшихся и необходимых генов не существует! Пропавшим генам было суждено наделать больше шума, чем исчезнувшим восемнадцати минутам на никсоновских пленках[14]. Концепция «один ген – один белок» была в числе краеугольных камней генетического детерминизма. И коль скоро проект «Геном человека» опроверг эту концепцию, то нашим теориям о функционировании жизни прямая дорога на свалку. Теперь уже невозможно верить в то, что генные инженеры сравнительно легко сумеют разрешить все наши биологические проблемы. Столь малое количество генов попросту не в состоянии нести всю ответственность за такие сложные явления, как человеческая жизнь и наши болезни.
Центральная Догма, также называемая Первенством ДНК, определяет направление потока информации в биологических организмах. Как указано стрелками, поток движется только от ДНК к РНК, а затем к белку. ДНК представляет собой долговременную память клетки, передаваемой из поколения в поколение. Нестабильная копия молекулы ДНК, т. е. РНК, является активной памятью, которая используется клеткой в качестве физической матрицы при синтезе белков. Белки являются молекулярными строительными блоками, которые создают структуру клетки и обеспечивают ее поведение. ДНК играет роль «источника», который управляет спецификой белков клетки, отсюда следует концепция Первенства ДНК, что буквально означает «первопричину».
Возможно, сказанное покажется вам чем-то вроде заявления Цыпленка Цыпы о том, что ему на голову упал кусочек неба[15], но я бы попросил вас не торопиться с подобным отношением. Не только Цыпленок – огромные Орлы говорят то же самое. Коснувшись в связи с удивительными результатами проекта «Геном человека» проблемы сложности строения человеческого организма, один из ведущих генетиков мира, лауреат Нобелевской премии Дэвид Балтимор отметил:
«Если только человеческий геном не содержит множества генов, не выявленных нашими компьютерами, то безусловная сложность человека по сравнению с растениями и червями не может быть достигнута за счет использования большего числа генов. Понимание того, откуда все-таки берется наша сложность – колоссальное разнообразие моделей поведения, способность к сознательным поступкам, великолепная координация в пространстве, точно выверенная подстройка к изменениям внешней среды, обучаемость, память… – можно не продолжать, верно? – остается задачей будущего».
По словам Балтимора, результаты проекта «Геном человека» побуждают нас рассматривать другие идеи по поводу управления жизнью. «Понимание того, откуда все-таки берется наша сложность… остается задачей будущего». Небо все-таки падает.
Результаты проекта «Геном человека» заставляют также пересмотреть наши генетические взаимоотношения с другими организмами биосферы. Мы больше не имеем права ссылаться на гены, объясняя, почему человек стоит на вершине эволюционной лестницы. Как оказалось, по общему количеству генов человек не так уж и отличается от примитивных организмов. Возьмем для примера три наиболее изученных объекта генетических исследований: микроскопического червя-нематоду Caenorhabditis elegans, плодовую мушку-дрозофилу и лабораторную мышь.
Примитивный червь Caenorhabditis представляет собой идеальный объект для изучения роли генов в развитии и поведении. Этот быстро растущий и хорошо размножающийся организм имеет четко структурированное тело, состоящее ровно из 969 клеток, и незамысловатый мозг, состоящий примерно из 302 клеток. Несмотря на это, Caenorhabditis обладает уникальным поведенческим репертуаром и, что самое главное, хорошо поддается генетическим манипуляциям. Геном червя Caenorhabditis состоит примерно из 24 тысяч генов. А человеческое тело, состоящее из пятидесяти с лишним триллионов клеток, содержит лишь на чуть больше тысячи генов, чем этот незатейливый беспозвоночный червь!
У плодовой мушки-дрозофилы, еще одного излюбленного объекта исследований, насчитывается 15 тысяч генов. Иными словами, будучи гораздо более сложным организмом, плодовая мушка содержит на 9 тысяч генов меньше, чем примитивный Caenorhabditis. А если говорить о мышах и людях, то нам стоило бы лучше думать о грызуне – или же смирить свою гордыню: осуществлявшиеся параллельно проекты по определению геномов человека и мыши обнаружили, что у обоих количество генов приблизительно одинаково!
